低频液体表面波衍射条纹的不对称性

实验上实现了低频液体表面波的光衍射,当表面波波长远大于入射光波波长时,得到了稳定、清晰的衍射图样,并首次发现了衍射条纹具有明显的不对称分布.理论上对表面波衍射的近似条件进行了分析,得出了各级衍射条纹角宽度的解析表达式,解释了衍射条纹的非对称分布.衍射图样的不对称分布具有普遍规律,可观察的明显程度与表面波的波长和光波波长的比值有关,在能观察到衍射效应的条件下,当表面波波长远大于光波波长,非对称分布越明显,当表面波波长远接近光波波长时,衍射条纹可近似的看成是对称分布的.     

基于衍射条纹非对称性的表面波衰减系数的测量

通过采用将入射光掠入射到频率为几百赫兹的衰减低频液体表面波上,观察到了清晰的间距分布具有明显非对称性的衍射条纹。当入射光掠入射到低频液体表面上时,衍射图样非对称分布具有普遍性。理论上得到了考虑表面波衰减影响后观察屏处衍射光强分布的解析表达式。理论结果表明:衍射图样的这种非对称分布与衍射级次、入射光波波长、液体表面波波长及表面波衰减系数有关;正负级次衍射亮条纹距离中央零级亮条纹的间距体现表面波衰减信息;正衍射级次之间以及负衍射级次之间的条纹间距体现表面波波长信息。利用所提出的方法实现了对几百赫兹液体表面波的衰减系数的实时便捷测量。     

LiNbO3:Fe晶体中光感应自衍射观察

用He-Ne激光束沿LiNbO₃:Fe晶体的x轴或y轴方向聚焦照射较薄样品时,在晶体后面的屏上观察到十分规则的衍射图样。这与前人在该晶体中观察到的由晶体中光折变形成的位相噪音栅引起的光感应光散射现象迥然不同。我们观察到的这种自衍射图样,可用聚焦激光束入射时在晶体中形成的复杂类透镜效应和自衍射理论来解释。它可以清楚地表明聚焦激光束入射时晶体中光折变过程的特点、还可由衍射条纹的数目直接推算晶体中光折变△n的最大值。文中还实验研究与讨论了光感应自衍射的形成条件及其与光感应光散射的竞争关系。 关键词：     

LiNbO_3:Fe晶体中光感应自衍射观察

用He-Ne激光束沿LiNbO_3:Fe晶体的x轴或y轴方向聚焦照射较薄样品时,在晶体后面的屏上观察到十分规则的衍射图样。这与前人在该晶体中观察到的由晶体中光折变形成的位相噪音栅引起的光感应光散射现象迥然不同。我们观察到的这种自衍射图样,可用聚焦激光束入射时在晶体中形成的复杂类透镜效应和自衍射理论来解释。它可以清楚地表明聚焦激光束入射时晶体中光折变过程的特点、还可由衍射条纹的数目直接推算晶体中光折变△n的最大值。文中还实验研究与讨论了光感应自衍射的形成条件及其与光感应光散射的竞争关系。     

超声光栅与平面透射光栅衍射图样的比较研究

分析了超声光栅的形成机理,给出了超声光栅衍射图样光强分布的解析表示,通过理论分析和数值模拟对超声光栅与平面透射光栅的衍射图样进行了比较研究.结果表明其衍射主极大满足类似的光栅方程,但衍射条纹的强度分布不同;都能产生缺级现象,但规律不同;超声光栅是一种动态光栅,各级衍射谱线的频率不同.     

液体表面低频声波的非线性声光效应

实现了液体表面上低频声波的光衍射,得到了稳定的、具有高阶衍射的高反衬衍射图样.理论上首次考虑到表面声波中的高次谐波,得到了相应的非线性条件下衍射强度分布的解析表达式,并将这种非线性理论与实验结果进行对比.对比结果表明,非线性理论与实验结果有更高的吻合程度.     

液体表面波及其谐波的光衍射效应

为了探究液体表面波的波动规律,提出了一种基于激光衍射的探测方法.未扩束的激光束直接斜入射到波动液面,液面波动的强度由电磁式激发器控制、频率由信号发生器控制,用CCD采集光衍射图样并传送到计算机中实时处理.根据波动光学理论,给出了衍射光场和液体表面波之间的解析关系,发现实验现象和理论分析吻合.实验结果表明:该方法具有实时、准确、无损的特点.     

低频液体表面波衍射条纹正负级次的不应性

基于声光衍射原理,利用光学方法对低频液体表面波的光衍射特性进行了研究,给出了非对应级数的解析表达式并进行了数值模拟,解释了非对应分布的机理.实验观察到清晰、稳定的衍射图样,且条纹间距具有明显的不对称性;随入射角度增大,正负级衍射条纹具有明显的不对应分布,即正条纹级数多于负条纹级数.研究表明:衍射条纹级数的不对应程度与入射角有关,随入射角的增大,正负级数不对应程度加剧;负级衍射条纹级数存在最大值,超过该最大值的负级衍射条纹缺失;理论分析和实验结果吻合较好.     

部分相干同步辐射照射下光栅分数塔尔博特效应

基于高斯谢尔光束的相干模式分解理论和波动光学,建立了部分相干同步辐射硬X射线光束通过光学器件的传播模型。模拟了微聚焦X射线光束照射下光栅的分数塔尔博特效应,得到了聚焦光束的光强分布和相干特性变化,并分析了散焦光束入射下的光栅自成像。然后通过模拟准直光束入射下的光栅塔尔博特效应,得到了不同传播距离处自成像条纹的变化情况,分析了影响光栅自成像条纹形状的因素。通过光栅衍射条纹测量同步辐射相干度,发现对矩形相位光栅来说,应该对衍射图样进行傅里叶分解,求出各级傅里叶系数随传播距离的变化曲线,从而得到入射光束相干特性。     

激光束受限衍射对扫描系统分辨本领的影响

基于菲涅耳衍射积分公式推导出激光束经扫描元件衍射后场分布表达式,数值分析了激光束经扫描元件后衍射场振幅分布、激光束在扫描面上的光斑半径和激光扫描系统光学分辨本领的大小.结果表明,改变入射光束的束腰半径对激光扫描系统线分辨率、可分辨光点数和分辨容积产生不同的衍射影响.采用近似和拟合方法,分段给出不同衍射情况下激光扫描系统的线分辨率的函数表达式,并通过误差分析证明了近似和拟合函数表达式的精确性.     

部分相干光束照射的透镜轴棱锥获得均匀焦线

从部分相干光的交叉谱密度函数传输公式出发,推导了高斯谢尔模型(GSM)光束被球差透镜衍射后轴上光强分布的解析公式,并进行了数值模拟和物理分析。结果表明,具有一定束腰宽度和空间相干度的GSM光束经过负球差透镜聚焦后,可以获得轴上光强的均匀分布。通过改变GSM光束的束腰宽度和空间相干度来实现轴上光强均匀分布的方法很简单,转换效率高。     

轴锥镜光强分布的角谱衍射数值分析法

针对理论上推导轴锥镜的衍射光场分布解析式较为困难,且用菲涅耳衍射理论分析时存在近轴近似及不能适用于近场衍射光场分析的问题,采用了严格遵从标量衍射亥姆霍兹方程的角谱衍射波前重建方法,对轴锥镜在单色和准单色高斯光波照射下的横向和轴向衍射光强分布特性,以及在单色均匀平面光波照射下的轴向衍射光强分布进行了数值计算和分析。结果表明,轴锥镜后单色光衍射光强分布在几何光束重叠的菱形区域内为近似无衍射贝塞尔光强分布,轴上光强沿光轴方向呈振荡变化,轴上光强分布规律与入射光波的垂轴横向光强分布有关;入射光的准单色性使得贝塞尔衍射条纹对比度略下降、轴上光强沿光轴方向振荡程度减小,但分布规律与单色光一致。     

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。     

超短脉冲激光与微小水滴相互作用中电子密度和光场的时空分布

为了研究超短激光脉冲和液滴相互作用过程中电子密度和光场的变化,基于非线性麦克斯韦方程组和电离速率方程,构建了激光等离子体非线性瞬态时域耦合模型,对飞秒激光脉冲击穿微米量级水滴时的电子密度和光场的时空分布进行了计算.结果显示水滴的击穿阈值最小可达2 TW/cm~2,为同等条件下无边界水介质击穿阈值的1/4.随着脉冲能量增强,水滴内自由电子密度峰值区域逆着激光入射方向移动,且入射光越强,水滴对光传播的屏蔽越明显.光束在水滴出射端外部汇聚,汇聚点的光功率密度可达入射光的5倍,且时域波形出现压缩和变形.另外,水滴对激光能量的吸收系数随光强增大而增大,并最终趋于饱和.     

Wavelength-dependent intensity distribution of a Gaussian beam scattered by a spherical particle

The wavelength-dependent intensity of a light beam scattered by an isotropic homogeneous particle illuminated with an on-axis monochromatic polarized Gaussian beam is calculated in this paper. The vector spherical harmonics expansion and T transformation matrix are used to form the theoretical basis. Numerical results show that the angular intensity distribution is symmetric for an on-axis polarized Gaussian beam illumination upon an aqueous spherical particle at 473, 532 and 660 nm. For the specified aqueous spherical particle, the scattered intensity distribution decreases with increase in wavelengths.     

Lens axicon illuminated by polychromatic Gaussian beams for generating uniform focal segments

In this paper, we investigate a lens axicon, which actually is a lens with spherical aberration, illuminated by a polychromatic Gaussian beam for producing an extended axial line image of a desired length and nearly uniform intensity. A numerical calculation is performed to investigate the dependence of the axial intensity distribution of the focal segment on the parameters of the incident polychromatic Gaussian beam. It is shown that, compared with monochromatic Gaussian beam illumination, the illumination of the polychromatic Gaussian beam may improve the uniformity of the distribution of the axial intensity, and this improvement in the uniformity of the axis intensity is strongly dependent on the spectral width of the incident Gaussian beam. Moreover, apodization with annular super-Gaussian amplitude distribution is employed to reduce the undesired oscillation of the axial intensity.     

多层球对高斯波束散射的德拜级数研究

基于广义洛伦兹-米氏理论,利用多层球粒子散射系数的德拜级数展开公式,提出了一种新的研究多层球粒子对高斯波束散射的方法。计算结果与已有的广义洛伦兹-米氏理论算法的计算结果吻合得很好。利用该方法有效分离了折射率分布满足指数变化规律的多层球粒子对高斯波束散射的远区散射场中多阶彩虹的干涉强度分布。数值模拟了双层球的归一化双一阶彩虹强度分布以及各层的一阶彩虹艾里结构。最后分析讨论了高斯波束的入射位置和束腰半径对多层球单阶彩虹强度分布的影响。     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.